1種高效增強(qiáng)氨基糖苷類抗生素殺滅創(chuàng)傷弧菌的方法

邢亞芹，馮荊城，黃煒雅，高媛媛

(細(xì)胞逆境響應(yīng)與代謝調(diào)控福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350108)

弧菌是造成水產(chǎn)品細(xì)菌感染性疾病的主要原因之一，其中創(chuàng)傷弧菌是常見的危害較大的一種致病弧菌[1]，其可引發(fā)多種水產(chǎn)動(dòng)物患病，導(dǎo)致水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。感染者由于誤食和接觸感染創(chuàng)傷弧菌，往往發(fā)病急、病情重[2]，該菌致死率可高達(dá)50%以上，是致死率最高的海洋致病弧菌[3-4]。長(zhǎng)期以來漁業(yè)生產(chǎn)中抗生素等藥物的使用，會(huì)引發(fā)創(chuàng)傷弧菌耐藥性問題[5]。我國(guó)多省市水產(chǎn)品中創(chuàng)傷弧菌均有較高檢出率，且多重耐藥頻發(fā)[6-9]。耐藥創(chuàng)傷弧菌常使某些藥物失效，臨床治療變得更加困難。

若不積極采取手段控制，創(chuàng)傷弧菌等水產(chǎn)病原菌的耐藥現(xiàn)象會(huì)愈演愈烈，逐漸構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為了解決創(chuàng)傷弧菌等水產(chǎn)病原菌的耐藥性問題，目前相關(guān)研究主要從以下方面展開：一是開發(fā)新的藥物來替代現(xiàn)有抗生素，如抗菌肽。有學(xué)者開發(fā)了一種多肽，對(duì)創(chuàng)傷弧菌有很好的殺菌效果[10]；也有研究從鏈霉菌發(fā)酵物中提取的抗菌肽對(duì)創(chuàng)傷弧菌有抗菌作用[11]。但目前抗菌肽在應(yīng)用上存在一定的弊端，比如：穩(wěn)定性差，合成或提取成本高，作用機(jī)制并不是特別清楚等[12]。二是創(chuàng)傷弧菌相關(guān)疫苗的開發(fā)，最新進(jìn)展停留在莢膜四糖重復(fù)片段的合成及相關(guān)糖蛋白免疫活性研究[13-14]，實(shí)際應(yīng)用還需要較長(zhǎng)的周期。此外，通過一些物理方法如快速冷凍[15]、加熱[16]，或者化學(xué)方法如外源添加佐劑(例如正丁醇[17]、1,2-丁二醇[18]、5-甲基吲哚[19]等)的方式來增強(qiáng)現(xiàn)有抗生素的殺菌效果，也是目前減少細(xì)菌耐藥性的有效途徑。但這些研究尚未涉及水產(chǎn)病原菌。本實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)，低離子休克(指環(huán)境中離子數(shù)量很少，物質(zhì)主要為分子形式存在，例如超純水介質(zhì))可以增強(qiáng)氨基糖苷類抗生素對(duì)嗜水氣單胞菌等水產(chǎn)病原菌的殺滅效果，且慶大霉素在低離子條件下可以快速有效殺滅斑馬魚皮膚感染模型中的嗜水氣單胞菌[20]。與對(duì)數(shù)期細(xì)菌相比，平臺(tái)期細(xì)菌由于生長(zhǎng)代謝緩慢，對(duì)抗生素更加耐受[21]。本試驗(yàn)擬探討低離子休克是否可以促進(jìn)氨基糖苷類抗生素快速殺滅平臺(tái)期創(chuàng)傷弧菌。

氨基糖苷類抗生素因具有良好的抗菌活性，所以被廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)、畜牧等行業(yè)[22]。本試驗(yàn)首先測(cè)試平臺(tái)期創(chuàng)傷弧菌的敏感性，發(fā)現(xiàn)4種氨基糖苷類抗生素處理菌液2 h后難以殺滅。初步研究發(fā)現(xiàn)，介質(zhì)為可提供低離子環(huán)境的超純水時(shí)，可提高4種氨基糖苷類抗生素對(duì)創(chuàng)傷弧菌的殺滅效果；為探究低離子環(huán)境適宜的殺菌條件，設(shè)置了不同的抗生素處理濃度和時(shí)間，以確定其殺菌效果是否會(huì)受到濃度和時(shí)間的影響；為確定低離子促進(jìn)殺菌是否與抗生素?cái)z取有關(guān)，測(cè)定低離子處理組和生理滲透壓對(duì)照組創(chuàng)傷弧菌對(duì)抗生素?cái)z取量，以確定殺菌機(jī)制是否為增加抗生素的攝取。此研究從表型到機(jī)制的縱向思路，擬為生產(chǎn)、生活中創(chuàng)傷弧菌的殺滅提供新策略，期望有助于遏制創(chuàng)傷弧菌耐藥現(xiàn)象的進(jìn)一步惡化。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)室保藏的創(chuàng)傷弧菌Vibriovulnificu、大腸桿菌Escherichiacoli。

1.2 試劑與溶液

培養(yǎng)基：含3%NaCl的LB液體培養(yǎng)基(1 L蒸餾水中：10 g蛋白胨、30 g氯化鈉、5 g酵母粉)，3%NaCl的LB固體培養(yǎng)基(1 L蒸餾水中：10 g蛋白胨、30 g氯化鈉、5 g酵母粉，15 g瓊脂)。含1%NaCl的LB液體培養(yǎng)基(1 L蒸餾水中：10 g蛋白胨、10 g氯化鈉、5 g酵母粉)，1%NaCl的LB固體培養(yǎng)基(1 L蒸餾水中：10 g蛋白胨、10 g氯化鈉、5 g酵母粉，15 g瓊脂)。緩沖液：0.01 mol·L-1PBS溶液(1 L蒸餾水中：8 g氯化鈉、0.2 g氯化鉀、1.44 g磷酸氫二鈉、0.24 g磷酸二氫鈉)、3%NaCl、超純水，上述溶液均經(jīng)過高壓滅菌鍋121℃，20 min高壓蒸汽滅菌。LB固體培養(yǎng)基滅菌完成后，倒入一次性無菌培養(yǎng)皿中待其凝固。4種氨基糖苷類抗生素儲(chǔ)液：慶大霉素(Genta)：25 mg·mL-1、妥布霉(Tob)：25 mg·mL-1、新霉素(Neo)：50 mg·mL-1、鏈霉素(Strep)：100 mg·mL-1。用滅過菌的超純水加粉末狀固體藥物進(jìn)行配置，后用0.22 μm濾膜過濾以除去雜菌，-20℃冰箱儲(chǔ)存。裂解液：100 mg·mL-1溶菌酶： 30 mmol·L-1Tris-HCl混合 1 mmol·L-1EDTA-Na2緩沖液(pH=8)配置。

1.3 4種氨基糖苷類抗生素對(duì)平臺(tái)期創(chuàng)傷弧菌處理后敏感性測(cè)試

取-80℃冰箱中20%甘油保存的菌種，1∶1 000接種至3%NaCl LB液體培養(yǎng)基中，于30℃、220 r·min-1搖床中過夜培養(yǎng)18 h。過夜活化的細(xì)菌取40 μL至20 mL3%NaCl LB液體培養(yǎng)基中，于30℃、220 r·min-1搖床中過夜培養(yǎng)18 h至平臺(tái)期。吸取菌液100 μL至1.5 mL圓EP管中，加入4種氨基糖苷類抗生素溶液至相應(yīng)的濃度，慶大霉素和妥布霉素為100 μg·mL-1，鏈霉素和新霉素為500 μg·mL-1。后置于30℃、220 r·min-1搖床中處理2 h，對(duì)照組不加抗生素。13 000 r·min-1離心2 min，棄去上清，加入200 μL 0.01 mol·L-1PBS，重懸后靜置5 min以洗掉殘留的抗生素。再次13 000 r·min-1離心2 min，棄去上清，加入100 μL 0.01 mol·L-1PBS重懸。每次稀釋10倍，稀釋5次，每次取4 μL加至3%LB固體培養(yǎng)基，30℃培養(yǎng)箱過夜培養(yǎng)12 h，掃描儀掃描獲取圖像，并統(tǒng)計(jì)3次獨(dú)立試驗(yàn)細(xì)菌存活情況。

1.4 不同濃度的氨基糖苷類抗生素對(duì)創(chuàng)傷弧菌殺滅效果的測(cè)試

取-80℃冰箱中20%甘油保存的創(chuàng)傷弧菌菌種，1∶1 000接種至20 mL3%NaCl LB液體培養(yǎng)基中，于30℃、220 r·min-1搖床中過夜培養(yǎng)18 h。過夜活化的細(xì)菌取40 μL接菌至20 mL3%NaCl LB液體培養(yǎng)基中，于30℃、220 r·min-1搖床中過夜培養(yǎng)18 h至平臺(tái)期。吸取菌液100 μL至1.5 mL圓EP管中，13 000 r·min-1離心2 min，棄去上清。加入4種氨基糖苷類抗生素的超純水溶液和生理等滲3%NaCl溶液重懸菌體，慶大霉素和妥布霉素濃度均為25 、50、100、200 μg·mL-1，鏈霉素和新霉素濃度均為25、50、100、200、500 μg·mL-1，處理時(shí)間5 min。接著13 000 r·min-1離心2 min，棄去上清，加入200 μL 0.01 mol·L-1PBS，重懸后靜置5 min以洗掉殘留的抗生素。再次13 000 r·min-1離心2 min，棄去上清，加入100 μL 0.01 mol·L-1PBS重懸。每次稀釋10倍，稀釋5次，每次取4 μL加至3%LB固體培養(yǎng)基，30℃培養(yǎng)箱過夜培養(yǎng)12 h，掃描儀掃描獲取圖像，并統(tǒng)計(jì)3次獨(dú)立試驗(yàn)細(xì)菌存活情況。

1.5 氨基糖苷類抗生素不同處理時(shí)間對(duì)創(chuàng)傷弧菌殺滅效果的測(cè)試

取-80℃冰箱中20%甘油保存的菌種，1∶1 000接種至20 mL3%NaCl LB液體培養(yǎng)基中，于30℃，220 r·min-1搖床中過夜培養(yǎng)18 h。過夜活化的細(xì)菌取40 μL接菌至20 mL3%NaCl LB液體培養(yǎng)基中，于30℃、220 r·min-1搖床中過夜培養(yǎng)18 h至平臺(tái)期。吸取菌液100 μL至1.5 mL圓EP管中，13 000 r·min-1離心2 min，棄去上清。加入4種氨基糖苷類抗生素的超純水溶液和生理滲透壓的3%NaCl溶液重懸菌體，慶大霉素和妥布霉素為100 μg·mL-1，鏈霉素和新霉素為500 μg·mL-1，處理時(shí)間為1、3、5、10 min。13 000 r·min-1離心2 min，棄去上清，加入200 μL0.01 mol·L-1PBS，重懸后靜置5 min以洗掉殘留的抗生素。再次13 000 r·min-1離心2 min，棄去上清，加入100 μL0.01 mol·L-1PBS重懸。每次稀釋10倍，稀釋5次，每次取4 μL加至3%LB固體培養(yǎng)基，30℃培養(yǎng)箱過夜培養(yǎng)12 h，掃描儀掃描獲取圖像，并統(tǒng)計(jì)3次獨(dú)立試驗(yàn)細(xì)菌存活情況。

1.6 創(chuàng)傷弧菌對(duì)氨基糖苷類抗生素?cái)z取量測(cè)定

選擇妥布霉素作為試驗(yàn)中4種氨基糖苷類抗生素的代表，檢測(cè)處理后樣品中妥布霉素?cái)z取量。取-80℃冰箱中20%甘油保存的菌種，1∶1 000接種至20 mL 3%NaCl LB液體培養(yǎng)基中，于30℃、220 r·min-1搖床中過夜培養(yǎng)18 h。過夜活化的細(xì)菌取40 μL接菌至20 mL3%NaCl LB液體培養(yǎng)基中，于30℃、220 r·min-1搖床中過夜培養(yǎng)18 h至平臺(tái)期。

取大腸桿菌-80℃冰箱中20%甘油保存的大腸桿菌菌種，1∶1 000接種至1 mL 1%NaCl LB液體培養(yǎng)基中，于37℃、220 r·min-1搖床中過夜培養(yǎng)18 h。過夜活化的細(xì)菌取30 μL接菌至3 mL1%NaCl LB液體培養(yǎng)基中，于37℃、220 r·min-1搖床中培養(yǎng)至OD600為0.3～0.4。后吸取30 μL菌液加至1 mLPBS中，均勻涂抹于LB方形皿表面，于超凈臺(tái)吹干。

樣品的制備：吸取平臺(tái)期創(chuàng)傷弧菌菌液1 mL至1.5 mL圓EP管中，13 000 r·min-1離心2 min，棄去上清。加入100 μg·mL-1和200 μg·mL-1妥布霉素的超純水溶液和生理等滲3%NaCl溶液重懸菌體，處理時(shí)間為5 min。13 000 r·min-1離心2 min，棄去上清，加入1 mL 0.01 mol·L-1PBS，重懸后靜置5 min以洗掉殘留的抗生素。洗滌2次。再次13 000 r·min-1離心2 min，棄去上清，加入1 mL 0.01 mol·L-1PBS重懸。13 000 r·min-1離心2 min，棄去上清，加入100 μL的終濃度為2 mg·mL-1溶菌酶，37℃、220 r·min-1搖床裂解2.5 h。裂解后，-80℃冰箱中冰凍4 min，共3次，每次凍完于常溫水化凍。90℃加熱10 min，13 000 r·min-1離心2 min，小心吸取上清獲得低離子處理組和生理滲透壓對(duì)照組的樣品。

標(biāo)準(zhǔn)品的制備：吸取平臺(tái)期創(chuàng)傷弧菌菌液1 mL至1.5 mL圓EP管中，13 000 r·min-1離心2 min，棄去上清。加入100 μL的2 mg·mL-1溶菌酶溶液，配置成妥布霉素濃度為0、20、40、60、80、100 μg·mL-1的溶液重懸菌體，37℃、220 r·min-1搖床裂解2.5 h。裂解后，-80℃冰箱中冰凍4 min，共3次，每次凍完于常溫水化凍。90℃加熱10 min，13 000 r·min-1離心2 min，吸取上清，獲得標(biāo)準(zhǔn)品。

標(biāo)準(zhǔn)品和樣品分別取5 μL點(diǎn)在涂有大腸桿菌的方形皿中，每組3個(gè)平行。37℃培養(yǎng)箱過夜培養(yǎng)12 h。掃描后得到圖5結(jié)果，通過測(cè)定圖5中標(biāo)準(zhǔn)品抑菌圈直徑大小，得到抗生素?cái)z取量與抑菌圈線性標(biāo)準(zhǔn)曲線。代入測(cè)定樣品抑菌圈直徑大小，計(jì)算出低離子處理組和生理滲透壓對(duì)照組抗生素?cái)z取量。

1.7 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用Excel單因素方差分析并作圖，數(shù)據(jù)取自3次獨(dú)立試驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種氨基糖苷類抗生素對(duì)平臺(tái)期創(chuàng)傷弧菌處理后敏感性測(cè)試結(jié)果

由圖1可知，經(jīng)過4種抗生素2 h的處理，與對(duì)照組相比，4種抗生素中慶大霉素、妥布霉素、新霉素對(duì)平臺(tái)期創(chuàng)傷弧菌幾乎沒有殺滅效果，而鏈霉素僅僅殺滅1個(gè)數(shù)量級(jí)左右，說明平臺(tái)期創(chuàng)傷弧菌對(duì)氨基糖苷類抗生素比較耐受。

圖1 4種氨基糖苷類抗生素對(duì)平臺(tái)期創(chuàng)傷弧菌處理后敏感性測(cè)試結(jié)果Fig.1 Test results of the sensitivity of Vibrio vulnificus at the plateau phase after treated with four kinds of aminoglycoside antibiotics

2.2 不同濃度的氨基糖苷類抗生素對(duì)創(chuàng)傷弧菌殺滅效果的測(cè)試結(jié)果

由圖2可知，與創(chuàng)傷弧菌的生理滲透壓環(huán)境相比，處理時(shí)間為5 min時(shí)，低離子環(huán)境會(huì)促進(jìn)氨基糖苷類抗生素殺滅創(chuàng)傷弧菌，在慶大霉素和妥布霉素濃度為100 μg·mL-1時(shí)，能夠殺滅3～5個(gè)數(shù)量級(jí)的細(xì)菌，隨著濃度增加，殺滅效果增強(qiáng)，在濃度200 μg·mL-1時(shí)，能殺滅4～9個(gè)數(shù)量級(jí)的細(xì)菌，即殺滅99.99%及以上的細(xì)菌。在鏈霉素和新霉素濃度為200 μg·mL-1時(shí)，能夠殺滅2～3個(gè)數(shù)量級(jí)的細(xì)菌，隨著濃度增加，殺滅效果也增強(qiáng)，在濃度為500 μg·mL-1時(shí)可以殺滅3個(gè)數(shù)量級(jí)以上的細(xì)菌，即可以殺滅99.9%及以上的細(xì)菌。結(jié)果說明低離子處理促進(jìn)多種氨基糖苷類抗生素殺滅平臺(tái)期創(chuàng)傷弧菌都呈現(xiàn)一定的抗生素濃度依賴效應(yīng)。

圖2 不同濃度的氨基糖苷類抗生素對(duì)創(chuàng)傷弧菌殺滅效果的測(cè)試結(jié)果Fig.2 Measurement results of the killing efficacy of different concentrations of aminoglycoside antibiotics against Vibrio vulnificus

2.3 氨基糖苷類抗生素不同處理時(shí)間對(duì)創(chuàng)傷弧菌殺滅效果的測(cè)試結(jié)果

由圖3可知，與創(chuàng)傷弧菌的生理滲透壓環(huán)境相比，低離子環(huán)境會(huì)促進(jìn)氨基糖苷類抗生素殺滅創(chuàng)傷弧菌，在慶大霉素和妥布霉素濃度為100 μg·mL-1，鏈霉素和新霉素濃度為500 μg·mL-1時(shí)，處理1 min，能夠殺滅2～4個(gè)數(shù)量級(jí)的細(xì)菌，即99%及以上的細(xì)菌，隨著時(shí)間增加，殺滅效果也逐漸增強(qiáng)。在3 min時(shí)能夠殺滅3～5個(gè)數(shù)量級(jí)的細(xì)菌，即99.9%及以上的細(xì)菌。但是，慶大霉素處理組在延長(zhǎng)至10 min時(shí)低離子促進(jìn)殺菌效果會(huì)變差。結(jié)果說明低離子處理促進(jìn)多種氨基糖苷類抗生素殺滅平臺(tái)期創(chuàng)傷弧菌亦呈現(xiàn)一定的時(shí)間依賴效應(yīng)。

圖3 氨基糖苷類抗生素不同處理時(shí)間對(duì)創(chuàng)傷弧菌殺滅效果的測(cè)試結(jié)果Fig.3 Measurement results of the killing efficacy of aminoglycoside antibiotics against Vibrio vulnificus at different treatment time

2.4 創(chuàng)傷弧菌對(duì)氨基糖苷類抗生素?cái)z取量測(cè)定結(jié)果

由圖4、5可知，與生理滲透壓對(duì)照組相比，低離子休克處理組妥布霉素?cái)z取量顯著增加。在妥布霉素濃度為100、200 μg·mL-1時(shí)，低離子環(huán)境下，妥布霉素的攝取量高于生理滲透壓NaCl對(duì)照組，差異極顯著。而且，隨著兩種介質(zhì)中抗生素濃度的增加，抗生素?cái)z取量也呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。結(jié)果表明，低離子環(huán)境增強(qiáng)氨基糖苷類抗生素殺菌效果的機(jī)制是促進(jìn)了創(chuàng)傷弧菌對(duì)抗生素的攝取。

圖4 創(chuàng)傷弧菌對(duì)氨基糖苷類抗生素?cái)z取量測(cè)定結(jié)果Fig.4 Determination results of the intake of aminoglycoside antibiotics by Vibrio vulnificus

圖5 創(chuàng)傷弧菌抑菌圈結(jié)果(妥布霉素)Fig.5 Results of the bacteriostatic ring of Vibrio vulnificus (tobramycin)

3 結(jié)論與討論

之前有研究表明低離子休克可以增加氨基糖苷類抗生素對(duì)細(xì)菌的殺滅效果[20]。本研究在前人研究基礎(chǔ)上，首次嘗試將此方法應(yīng)用于創(chuàng)傷弧菌，發(fā)現(xiàn)10 min以內(nèi)的短時(shí)間處理同樣可以發(fā)揮很好的殺菌效果，而相同抗生素濃度對(duì)創(chuàng)傷弧菌處理2 h，試驗(yàn)4種抗生素中只有鏈霉素能夠殺滅1個(gè)數(shù)量級(jí)的創(chuàng)傷弧菌，而其他3種抗生素幾乎不能殺死細(xì)菌。結(jié)果表明，低離子休克促進(jìn)殺菌作用具有抗生素濃度和時(shí)間依賴效應(yīng)，但慶大霉素延長(zhǎng)時(shí)間后，促進(jìn)殺菌效果先變強(qiáng)，后變?nèi)酰煌谄溆?種抗生素隨著時(shí)間延長(zhǎng)殺菌效果持續(xù)增加，可能是由于不同種類的藥物之間存在差異，這其中的機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。抗生素?cái)z取試驗(yàn)表明，低離子休克促進(jìn)抗生素殺滅創(chuàng)傷弧菌的分子機(jī)制在于促進(jìn)細(xì)菌對(duì)抗生素的攝取。

新藥的研發(fā)速度顯然跟不上細(xì)菌耐藥出現(xiàn)的速度，因此解決細(xì)菌耐藥問題，增強(qiáng)現(xiàn)有抗生素殺菌效果的方法具有光明前景。本研究在低離子環(huán)境下，采用較低抗生素濃度、更短處理時(shí)間，發(fā)現(xiàn)低離子休克可以增加氨基糖苷類抗生素殺滅創(chuàng)傷弧菌的效果。如果將此方法應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖，可以減少抗生素用量和作用時(shí)間，有效降低抗生素殘留量和毒性，理論上是一種減緩創(chuàng)傷弧菌耐藥現(xiàn)象出現(xiàn)的方式。雖然進(jìn)一步的應(yīng)用有待深入開展研究，但體外試驗(yàn)已經(jīng)證明，低離子休克可以有效促進(jìn)抗生素殺滅耐受性強(qiáng)的平臺(tái)期創(chuàng)傷弧菌。